锂离子电池研究论文2018年汇总

锂离子电池在充/放电过程中电极经常出现不均匀的荷电状态（SOC），这些不均匀性可导致电池容量的损失，局部的过充或过放以及安全问题（如高SOC下过渡金属氧化物的氧损失）。因此，理解非均匀性的形成机制对电化学电池稳定安全的运行是极其重要的。然而，对常用于基础电池研究的脱锂样品，其表面化学和体相锂分布分析结果可能不能准确反映电池中荷电材料的真实信息。在此工作中，美国劳伦斯伯克利国家实验室的Marca Doeffa教授和SLAC国家加速器实验室的Yijin Liu合作，使用纳米全场（FF）透射X射线显微技术（TXM）和时均软X射线吸收光谱（软XAS）研究了LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2正极材料的电化学充/放电以及化学氧化样品中荷电状态的不均一性及表面化学性质的差异。本研究不仅表明电解质溶液是层状氧化物正极材料表面重建为岩盐相结构反应的积极参与者，而且通过二次颗粒的尺度为理解和改善电荷的均匀性奠定了化学基础。

 2、高安全陶瓷锂电池（美国马里兰大学）

全固态锂电池有望大幅度提升电池的安全性和能量密度，但其性能严重受限于电极与电解质之间较大的界面阻抗，这一问题在石榴石型氧化物基的全固态电池中更为严重。因此，在以往的研究中往往通过在正极内引入少量的液体或聚合物电解质来改善界面，但是，引入易燃的有机电解质势必会影响电池的安全性能。如何在氧化物全固态电池中实现构建全陶瓷的正极对于提升电池的安全性具有重要的意义。美国马里兰大学的王春生教授等人通过界面工程的手段改善电极与固态电解质之间的界面，从而实现高安全性全陶瓷锂金属电池。该工作利用层状过渡金属氧化物（LiCoO2）电极以及石榴石型氧化物(Li7La3Zr2O12) 电解质（二者界面容易自发生成的Li2CO3）, 在二者之间引入与Li2CO3同结构、低熔点的 Li2.3C0.7B0.3O3（LCBO）作为烧结助剂。在共烧过程中LCBO会与电极和电解质表面的Li2CO3反应生成高离子电导的界面相，因而可以在提升界面润湿性的前提下有效抑制因电极和电解质直接接触而导致的化学反应和电化学反应，从而可实现制备全陶瓷的复合正极和电解质。这一全陶瓷正极和电解质可以在以锂金属为负极的固态电池中实现快速、可逆的循环，室温循环次数大于100次。

4、设计具有实际所需参数的锂硫电池（美国德克萨斯大学奥斯汀分校）

与当前锂电技术相比，锂硫电池在追求高能量密度电池方面，着重于开发具有高硫负载和电解质/硫（E/S）比较低的锂硫技术。然而，目前符合这些实际所需参数范围内的研究非常有限。为此，美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授课题组制备了一种应用于锂-硫电池的同轴石墨烯涂层棉-碳（CGCC）正极材料，其显示出优异的性能，如高硫负荷（57.6mg cm-2），高硫含量（75wt%），低E/S比（4.2μL mg-1）等。该电池同时也具有高面积容量（31 mA hr cm-2）和面积能量密度（66 mW hr cm-2），200次循环后仍具有68％的高容量保持率5、阴阳离子协同嵌入提高容量（南京大学）

传统的摇椅电池，如碱金属离子电池，通过单一类型的阳离子（Li+，Na+，K+）在充电和放电过程中嵌入电极，因此容量受到这些阳离子嵌入能力的严格限制。尽管在研究用于高能摇椅电池的层状金属氧化物方面已经做出了很大努力，但是常规材料的容量也已经达到理论值的极限。近日，南京大学周豪慎和郭少华教授提出了在典型层状正极中阳离子和阴离子的协同嵌入，证明了超出常规正极的理论容量的概念。结果表明，首先阴离子可以可逆地嵌入/脱出到层状结构中，然后进行Na离子脱出/嵌入，这两者都明确地改善了电池容量性能，并为设计钠储存高能正极材料开辟了新的途径。此外，结果表明阴离子参与的电化学过程是一个快速动力学过程，这种机制的可行性可以扩展到各种阴离子。一颗锂离子电池的一生（美国普林斯顿大学）

专为电动汽车设计的电池必须能够提供持续，可靠的性能，并且寿命要达到10 - 15年。但商用锂离子电池的密封设计使得探测和理解电池在循环过程中如何变化显得很困难，车辆制造商难以提供准确的诊断。在这项工作中，美国普林斯顿大学Daniel A.Steingart教授使用电化学阻抗谱（EIS）和超声波飞行时间两种互补技术来研究锂离子电池的演变，这使得在循环过程中同时观察电化学和材料性质变化成为可能。这项工作表明，即使在初始循环之后，电池中仍然处于性质快速变化的阶段。这段时间表现为石墨阳极的膨胀增加，这可能是由副反应引起的。这会增加电池内的压力，增加的压力迫使电解质继续浸润锂钴氧化物正极的无活性部分，从而降低电池阻抗7、高面积能量密度3D锂离子微电池（加州大学洛杉矶分校）

三维（3D）微电池是一种新颖的设计方法，用于提高面能量密度，同时保持良好的功率和循环性能。这种架构特别有希望用于小型化设备诸如可穿戴设备，嵌入式传感器和构成物联网（IoT）等的小型设备的移动电源。但将这些电极组装成全3D电池是一项困难的工作。近日，加州大学洛杉矶分校Bruce Dunn教授介绍了一种可扩展的，基于半导体的处理方法，适用于制造全3D电池。使用部分锂化（理论容量的10％）硅作为负电极保持适当地控制体积变化，以便在充电和放电期间保持Si阵列配准。该结构所需的共形电解质是通过在3D硅阵列周围光刻图案化光刻胶来实现的。在3mm×3mm的印迹上制备的可充电3D微电池具有接近2mAh cm-2的面积容量，在高达0.66 mA cm-2的电流密度下工作，并可承受100次循环。基于半导体的处理和可光致图案化电解质的组合为物联网应用的3D微电池的进一步发展带来了巨大希望。